11. Классификация плоских перекрытий. Расчет и конструирование

Стоимость перекрытий составляет 20-25% стоимости многоэтажных зданий. В зависимости от способа возведения ж/б перекрытия могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными. Сборные балочные перекрытия являются в настоящее время наиболее распространенными ж/б перекрытиями. По конструктивным признакам перекрытия классифицируются следующим образом: балочные сборные, ребристые монолитные с балочными плитами, ребристые монолитные с плитами опертыми по контуру, балочные сборные, безбалочные монолитные, безбалочные сборно-монолитные, безбалочные, возводимые методом подъема этажей.

Сборные балочные перекрытия состоят из двух элементов: панелей и ригелей (не считая колонн). Ригели могут располагаться в продольном и поперечном направлении здания. В промышленных зданиях рамной системы ригели – в поперечном направлении, а панели – в продольном. В жилых и общественных зданиях ригели – в продольном, панели – в поперечном.

Проектирование плит перекрытия. Плиты перекрытий опираются на ригели, работают на изгиб в длинном направлении. Для уменьшения расхода материалов и облегчения плиты проектируются пустотными (с овальными и круглыми пустотами) или ребристыми (с ребрами вверх и с ребрами вниз). Пустотные плиты применяют для жилых и гражданских зданий, ребристые – для промышленных.

Наиболее экономичны пустотные плиты с овальными пустотами. Приведенная толщина бетона 92 мм. В плитах с круглыми пустотами – 120 мм. В качестве типовых применяются плиты с круглыми пустотами из-за технологических трудностей при изготовлении плит с овальными пустотами.

Ребристые плиты с ребрами вниз и пустотные работают как балки таврового сечения; ребрами вверх – как балки прямоугольного сечения. Верхняя полка ребристой плиты работает на местный изгиб между ребрами. При наличии поперечных ребер, при отношении сторон полки между ребрами < 2, полку считают опертой по контуру. При отсутствии поперечных ребер, полка работает как балочная в направлении меньшей стороны.

Плиты предварительно напряженные. Бетон класса В25. продольная арматура диаметром 10-18 мм классов А-IVи А-V.

Проектирование ригеля. В промышленных зданиях применяют ригель прямоугольного и таврового с полкой вверху сечения, в гражданских – с полкой внизу. При длине до 6 м – ригели ненапряженные, при 9 м и более – предварительно напряженные.

Ригель многопролетного перекрытии – элемент рамной конструкции. Его можно рассчитывать как неразрезную балку по методу предельного равновесия.

Ребристые монолитные перекрытия с балочными плитам состоят из плит, работающих по короткому направлению, второстепенных и главных балок. Бетон удален из растянутой зоны, сохранены лишь ребра с растянутой арматурой. Плита между второстепенными балками работает на местный изгиб. Второстепенные балки опираются на главные, а те на колонны и стены. Изгибающие моменты в неразрезных балочных плитах и второстепенных балках определяются с учетом перераспределения моментов. Второстепенные балки в пролете принимаются таврового сечения, на опоре – прямоугольного. Главные балки рассчитываются как ригель сборного перекрытия. На главную балку передаются сосредоточенные нагрузки от опорного давления второстепенных балок.

Ребристые монолитные перекрытия с плитами, опертыми по контуру имеют размеры сторон плиты 4-6 м. отношение сторон Балки проектируют одинаковой высоты по осям колонн в двух направлениях. Применяют для перекрытия вестибюля, зала и т.д. Плиты рассчитывают кинематическим способом метода предельного равновесия.

Нагрузка от плиты на балки передается по грузовым площадям в виде треугольников или трапеций плюс равномерно распределенная нагрузка от собственного веса балки.

Перекрытия со сборными плитами, опертыми по трем сторонам двум коротким и одной длинной. Размеры сторон плиты в длинном направлении составляют 6-6,4 м, в коротком – 3-3,2 м. толщина сплошных плит 160 мм. В направлении длинной стороны укладывается напрягаемая стержневая арматура – А-V, в коротком направлении – арматура Вр-I без предварительного напряжения.

Такие перекрытия применяются в многоэтажных панельных жилых зданиях.

Балочные сборно-монолитные перекрытия представляют собой рациональное сочетание сборных элементов и монолитных армированных или неармированных частей, бетонируемых на площадке строительства. Сборные элементы перекрытия служат опалубкой для монолитного бетона. Изготавливаются они из бетона относительно высоких классов с напрягаемой арматурой. Вследствие монолитности и статической неопределимости трещиностойкость и жесткость сборно-монолитных перекрытий значительно повышается. Такие перекрытия целесообразно применять при действии динамических нагрузок и при наличии агрессивной окружающей среды. Рациональные конструктивные решения сборно-монолитных балочных перекрытий можно получить при применении сборных ригелей из бетона классов В25-35 и ребристых плит или профилированных оцинкованных стальных настилов с укладкой по ним монолитного ж/б. Из-за сложности организации работ на площадке применение сборно-монолитных конструкций требует специального обоснования.

Безбалочные сборные перекрытия принимаются при больших нагрузках на перекрытие > 10кН/м². Сетка колонн 6х6 м; 6х9 м. В сборном варианте 3 основных элемента: капитель, надколонная (межколонная) плита, пролетная (центральная) плита.

Конструкция рассматривается как система рам с жесткими узлами, расположенными в двух взаимноперпендикулярных направлениях. Наклонные панели рассчитываются как неразрезные балки по выровненным моментам за счет перераспределения моментов.

Расчетный пролет надколонных панелей равен расстоянию в свету между капителями, увеличенному на 5%. Надколонные плиты играют роль широких балок. Центральную (пролетную) панель рассчитывают по методу предельного равновесия с учетом частичного закрепления в опорном контуре.

Панели могут быть с ребрами или пустотными ставится сверху, а стенки ее армируют конструктивно. В целом капители рассчитываются на нагрузку от опорных реакций и моментов надколонных плит. Рассчитывают также стенку капители как консоль на монтажную нагрузку.

Расчет центральной плиты. При расчете по кинематическому способу метода предельного равновесия плиту рассматривают как механизм с жесткими звеньями, соединенными линейными пластическими шарнирами – линиями излома, форма расположения которых напоминает конверт (конвертная схема излома). В предельном равновесии плита под нагрузкой провисает, и ее плоская поверхность превращается в поверхность в поверхность пирамиды, гранями которой служат треугольные м трапециевидные звенья. Высотой пирамиды является максимальное перемещение плиты .

Из равенства работ внешних сил и предельных внутренних усилий (моментов) на малых возможных перемещениях (углах поворота) определяют величину нагрузки, при которой становится возможным превращение конструкции в пластический механизм, т.е. разрушение конструкции по «конвертной схеме».

Работа внешних сил: где - интенсивность нагрузки; - объем фигуры перемещения.

Работа внутренних сил (предельных моментов): где и - пролетные моменты, - опорные моменты.

Из равенства работ подставив получим .

При проверке прочности, если задана арматура и предельные моменты, то из равенства работ находят , при которой конструкция будет разрушаться.

При проектировании плиты под заданную нагрузку имеем одно уравнение с 6 неизвестными. Для решения его задаемся соотношением этих моментов, т.е. выражаем через один все остальные моменты.

Для плиты свободно опертыми краями опорные моменты равны нулю. При конструировании рабочую арматуру располагают вдоль меньшего пролета ниже арматуры в перпендикулярном направлении.

Безбалочные монолитные перекрытия представляют собой сплошную плиту, опирающуюся через капители на колонны. В монолитных конструкциях рама образуется колоннами и полосой перекрытия, равной расстоянию между серединами двух пролетов.

Назначение капителей:

- обеспечить необходимую жесткость сопряжения плиты с колоннами;

- обеспечить прочность плиты на продавливание по периметру капители;

- уменьшить расчетный пролет плиты;

- увеличить прочность плиты перекрытия на излом;

- увеличить жесткость перекрытия.

Рекомендуется ломаное очертание капители. Толщина плиты составляет 1/32-1/35 от большего пролета.

Расчет монолитного безбалочного перекрытия производится на

продавливание плиты по периметру капители;

продавливание плиты сосредоточенной нагрузкой 1 кН-5кН, распределенной на площади 10х10 см;

излом плиты по методу предельного равновесия, в предположении двух схем излома: при сплошной нагрузке (по всей площади перекрытия) каждая панель делится пластическими шарнирами на четыре звена; при полосовой нагрузке (через пролет) образуется два звена, соединенных темя линейным шарнирами. Среднюю панель рассчитывают из условия, то суммы опорного и пролетного моментов, воспринимаемых сечением плиты в пластических шарнирах и равны балочному моменту плиты шириной пролетом т.е. Так же в другом направлении плиты: где - суммарная нагрузка на 1 м² плиты, - расстояние от опорных пластических шарниров до оси ближайших к ним рядов колонн в направлениях и ; - площадь сечения арматуры в пролетном пластическом шарнире в пределах одной панели; и - плечо внутренней пары в опорном и пролетном пластических шарнирах.

В соответствии с указанными схемами излома принимаются соответствующие схемы армирования перекрытия. Сетки укладываются в два слоя по двум направлениям.

Безбалочные сборно-монолитные перекрытия. Опалубкой для монолитного бетона служат сборные предварительно напряженные пролетные и надколонные плиты толщиной 5-6 см. Плиты укладывают после укрепления капителей в проектном положении. После этого в зонах действия опорных изгибающих моментов укладываются сварные сетки верхней арматуры и слой монолитного бетона толщиной 4-5 см по пролетной плите и 9-10 см по надколонным плитам. В стадии монтажа опалубочные элементы рассчитывают как сборные от собственной массы и массы свежеуложенного бетона и монтажных воздействий. В эксплуатационной стадии перекрытия рассчитываются как монолитные.

Безбалочные (бескапительные) перекрытия, возводимые методом подъема. Плиты всех перекрытий бетонируют внизу одна над другой с разделяющими прокладками. В местах, где сквозь перекрытия проходят колонны, оставляют отверстия, окаймленные стальным воротниками-хомутами, заделываемыми в бетон при бетонировании перекрытия. При монтаже перекрытий нагрузка от плит передается с помощью штырей. Воротник приваривается к закладным деталям колонны.

В эксплуатационной стадии расчет плит производят с учетом жесткости соединений плит с колоннами. Бескапительные перекрытия рассчитывают также как монолитные безбалочные перекрытия. В сборно-монолитных конструкциях многоэтажных зданий при сочетании сборных элементов с монолитным ж/б последнему отводится, совместно с предварительным напряжением, главная роль в обеспечении жесткости Дания в целом.